KR100420874B1 - 반사코팅된백열전등 - Google Patents

Abstract

회전 대칭형 전구(10)와 적외선 방사를 반사하는 층(14)을 가진 백열 전등 특히, 할로겐 백열 전등(9)이 타원체 부분 윤곽을 가진다. 전구의 타원체 부분 윤곽은 세로축에 수직하게 즉, 상기 전구(10)의 회전축에 수직하게 방향 지어지고 전구(10)의 최대 반경(R)보다 더 긴 반단축을 가진 타원 선분에 의해 생성된다. R과 W_r이 각각 상기 전구의 최대 반경과 상기 회전 대칭형 발광 소자의 최대 반경을 나타낼 때, 상기 반단축(b)의 길이는 R < b < R + 5 W_r의 범위에 있는 것이 바람직하다. 전등 효율의 향상 이외에도 상기 전등(9)은 전구(10)의 내부에 중심축 상에 배치된 발광 소자(15)상으로의 균일한 적외선 반사로 인해 균일한 온도 분포를 가지는 점에 특징이 있다.

Description

반사 코팅된 백열 전등{INCANDESCENT LAMP WITH A REFLECTING COATING}

상기 형태의 전등은 예를 들어, US-A 4 160 929, EP-A 0 470 496, DE-A 30 35 068 및 DE-A 44 20 607에 개시되어 있다. US-A 4 160 929에 의하면 전등 효율을 최적화하기 위해서는 발광 소자의 기하학적 형상이 전구의 기하학적 형상과 적합해야 한다. 게다가, 발광 소자가 전구의 광학적 중심에 가능한 정확하게 위치되어야 한다. 그 결과, 발광 소자의 표면에서 방사되는 파면이 전구 표면에서 교란되지 않고 역반사된다. 이로 인해 수차 손실이 최소화된다. 이상적인 경우, 예를 들어 구형 전구는 중심적으로 배치된 구형 발광 소자를 가져야 한다. 그러나, 일반적으로 사용되는 텅스텐 와이어의 한정된 연성으로 인해, 적절한 필라멘트 형상은 매우 제한된 형태로만 실현될 수 있다. 입방체 필라멘트가 거칠지만 실현가능한 구형의 근사 형태로 제안되었다. 다른 실시예에서는, 필라멘트가 그 중심에서 최대 직경을 가진다. 상기 직경은 필라멘트의 양단으로 가면서 계속 감소된다. 타원형 전구 형상은 타원체의 두 초점에 각각 하나의 발광 소자를 배치하는 것이 제안된다.

EP-A 0 470 496은 구형 전구의 중심에 원통형 발광 소자가 배치된 전등을 개시하고 있다. 이 인용 문헌은 발광 소자와 이상적인 구형 형상의 편차로 인한 효율의 손실이 아래 전제조건 하에서 허용가능한 정도로 제한된다고 한다. 전구 직경과 발광 소자의 직경 또는 길이가 허용 오차 범위내에서 주의 깊게 서로 조정되거나, 발광 소자의 직경이 전구의 직경보다 현저하게 0.05배 작아야 한다. 또한,타원형 전구를 가진 전등은 긴 발광 소자가 그 초점 라인 상에 축 상으로 배치되어야 한다고 개시되어있다.

DE-A 30 35 068은 상기한 마지막 실시예에서도 불가피한 수차 손실을 최소화하는 것을 개시하고 있다. 이 문헌에 따르면, 타원형 전구의 두 초점이 원통형 발광 소자의 축 상에 각 말단으로부터 소정의 거리만큼 위치한다.

마지막으로, DE-A 44 20 607은 타원형 또는 타원형과 유사한 통 형상을 가지며 적외선 층이 제공된 전구를 포함하는 할로겐 백열 전등을 개시하고 있다. 타원형 또는 타원형과 유사한 통의 외형은 단반경(semiminoraxis)(b)이 전등의 세로축 즉, 전구의 회전축에 수직인 타원체의 타원체 부분 윤곽에 의해 생긴다. 또한, 타원체 부분 윤곽의 단반경은 전구 직경의 반(D/2)보다 작으며, 회전축에 대해 대략 발광 소자의 반경(d/2) 만큼 평행하게 배치되어 통 형상을 만든다. 발광 소자의 길이는 타원을 형성하는 타원체 부분 윤곽의 두 초점간의 간격과 대략 일치한다. 게다가, 발광 소자는 (종단면에서 표현하자면) 두 초점이 발광 소자의 두 대응되는 코너1 점들과 일치되도록 전구의 내부에 배치된다. 그러나, 결과적으로 필라멘트는 불균일하게 가열된다. 또한, 상기 방법의 다른 단점은 얻을 수 있는 전등 효율의 향상이 상대적으로 전구내에서의 발광 소자의 위치 및 크기에 강하게 의존한다는 것이다.

본 발명은 백열 전등에 관한 것으로, 특히 청구범위 제 1 항 전문에 따른 적외선 반사층을 가진 할로겐 백열 전등에 관한 것이다.

이 형태의 전등은 통상적인 조명 시스템과 특수 조명 목적 모두에 사용되며 또한 예를 들어 영사 기술 분야에서 반사기와 함께 사용되기도 한다.

층의 내측 및/또는 외측 표면에 인가되어 적외선 방사를 반사시키는 층(이하 적외선 층)에 관련하여, 전구의 회전 대칭형 형상은 발광 소자에 의해 방사되는 적외선 방사 전력의 대부분을 역반사시키는 효과를 가진다. 이로 인해 얻어진 전등 효율의 상승은 예를 들면, 일정한 전력 소모로 발광 소자의 온도를 증가시키는데 사용되어 광속을 증가시킬 수 있다. 다른 한편으로는, 전술된 광속은 더 작은 전력을 소모하여 얻을 수 있다 - "에너지 절약 효과". 추가의 바람직한 효과는, 적외선 층으로 인해 훨씬 적은 적외선 방사 전력이 전구를 통해 방사되므로 통상적인 백열 전등에 비해 주위가 훨씬 덜 가열된다는 것이다. 적외선 층에서의 불가피한 흡수 손실로 인해, 전구내부에서의 적외선 방사 성분의 전력 밀도는 반사 회수와 함께 감소되며, 따라서 백열 전등의 효율도 감소하게 된다. 결국, 실제로 얻어질 수 있는 효율의 증가에 대해 결정적인 것은 개개의 적외선을 발광 소자로 되돌리기 위해 요구되는 반사의 회수를 최소화하는 것이다. 적외선 층을 가진 전구는 특히상기 목적을 위해 형성된다.

본 발명은 몇몇 실시예를 들어 상세하게 설명된다.

도 1은 본 발명의 원리에 대한 개략도

도 2a 및 도 2b는 종래 기술에 대한 개략도.

도 3은 본 발명에 따라 최적화된 전구 형상 및 적외선 층과 필라멘트를 가진 중간전압(MV) 할로겐 백열 전등의 예시적 실시예에 관한 도.

본 발명의 목적은 상기한 단점을 해소하여, 발광 소자로 방사되는 적외선 방사가 효과적으로 반사되어 고효율을 가짐으로써 구별되는 백열 전등을 상술하는 것이다. 게다가, 본 발명의 목적은 높은 광밀도(luminous density)에 대해 가능한 작은 전등 크기를 제공하는 것으로, 특히 저전압 할로겐 백열 전등에 대한 것이다.

이 목적은 본 발명에 따라 청구범위 제 1 항의 특징부에 의해 실현된다. 본 발명의 다른 장점들은 종속항에 설명된다.

본 발명의 개념을 설명하기 위해 도 1을 참조한다. 도 1은 원리에 대한 개략도로서 본 발명을 이해하는데 필수적인 몇몇 변수를 도입하고 있다. 여기에는 두 초점 F₁, F₂와 장반경(semimajoraxis)(a), 단반경(b)을 가진 타원(1)이 도시되어 있다.

본 발명에 따르면, 회전 대칭인 전구(2)의 윤곽(매우 간단하며 개략적으로 도시되어 있음)은 본래 타원체 부분 윤곽(3)(도 1에서 굵게 강조되어 있음)에 의해 생긴다. 따라서, 상기 전구(2)의 윤곽은 타원(1)의 타원체 부분 윤곽(3)을 회전축(RA)에 대해 회전시킴에 의해 간단한 방식으로 설명할 수 있다. 이 경우,타원의 타원체 부분 윤곽(3)은 첫째, 단반경(b)이 전구(2)의 회전축(RA)에 수직이며, 둘째, 단반경(b)이 전구(2)의 반경(R)보다 크도록 의도적으로 선택된다. 결국, 전구(2)는 더 이상 "진정한" 회전 타원체의 형상이 아니다. 놀랍게도, 이는 전등 효율을 상당히 증가시키고 발광 소자를 더욱 균일하게 가열하는 점에서 종래 기술과 다르다는 것이 밝혀졌다. 회전 대칭형 발광 소자(4)(회전 대칭형, 예를 들어 원통형)의 외측 윤곽(도 1에서 개략적 세로 부분의 직사각형으로 나타나 있음)은 전구(2) 내부의 중심축 상에 배치되어 있다. 그 결과, 초점 축(즉, 전구(2)의 내부에서 두 초점 F₁, F₂을 연결하는 직선)도 또한 전구(2)의 회전축(RA)과 평행하게, 명확히 말하면 회전체 부분 윤곽(3)에서 멀리 떨어지도록 배치된다.

게다가, 고효율과 관련하여, 단반경(b)의 길이가 R < b < R + 5 W_r의 범위, 특히 R + W_r≤ b < R + 3 W_r의 범위에서 선택되는 것이 유리하다는 것이 밝혀졌다. 상기 R과 W_r은 각각 전구의 최대 반경과 원통형 또는 원통형과 유사한 발광 소자의 반경을 나타낸다.

실제 전구의 경우, 전기 관통(feedthrough)을 위해 회전축 부분의 일측 또는 양측에 밀봉, 예를 들어 핀치 밀봉(pinch seal) 또는 용융 밀봉(fused seal)(도 1에는 도시되지 않음)이 제공된다. 일측에 공급 리드가 있는 경우, 전기 관통부 반대편에 위치된 전구의 다른 측면은 통상 돔(dome)과 같은 형상을 가지며, 적절하다면 부가적으로 펌핑 팁(pumping tip)을 가진다(도 1에는 도시되지 않음, 도 3과 비교).

본 발명의 종래 기술과의 차이는 도 2a 및 도 2b의 원리의 개략적 표현과 비교하면 명백해진다. 도 2a는 DE-A 30 35 068과 관련되어 대응된다. 도 2a는 회전 타원체의 두 초점 F₁과 F₂가 발광 소자(6)의 단부와 일치하도록 중심 축 상에 발광 소자(6)가 배치된 타원체 전구(5)의 내부를 도시하고 있다. 따라서, 초점축은 전구(5)의 회전축(RA)에 평행하게 배치되는 바, 본 발명과 대조된다.

마지막으로, 도 2b는 DE-A 44 20 607과 관련된다. 여기서, 전구(7)는 타원체 또는 타원체와 유사한 통(barrel) 형상이다. 개략적 단면도에서, 두 직선 선분에 의해 상호연결된 두 반타원(half ellipses)이 도시되어 있다. 이 경우, 두 반타원의 초점 쌍 F₁, F₂와 F₁', F₂'는 발광 소자(8)의 코너 점들과 일치한다. 여기서, 초점축는 확실히 회전축(RA)과 평행하게 배치되어 있으나, 본 발명과는 달리 타원체 부분 윤곽의 방향으로 배치되어 있다.

효율 증가와는 별도로, 본 발명의 장점은 필라멘트 상으로 역반사되는 적외선 방사의 균일성 증가이다. 이 결과, 필라멘트가 빨리 파괴될 수 있는 국부적 과열이 방지된다. 또한, DE-A 44 20 607과 비교해 볼 때, 얻을 수 있는 전등 효율의 개선은 제조시 전구 내에서의 발광 소자의 위치의 변동에 대한 의존성이 작다는 장점이 있다.

축 상으로 배치되고 텅스텐으로 만들어진 단일 코일 또는 이중 코일 필라멘트가 발광 소자로 사용된다. 기하학적 크기, 즉 직경, 리드, 및 길이는 특히 필라멘트의 목표 전기 저항 R에 의존하며, 전기 저항 R은 다시 주어진 공급 전압 U에 대한 원하는 소모 전력 P에 의존한다. P = U²/R 이므로, 필라멘트는 일반적으로 저전압(LV)의 경우보다 고전압(HV)의 경우에 더 길다.

발광 소자는 기밀(gas-tight) 방식으로, 전구의 일단(one end)에서 공통으로 또는 전구의 두 대향 단부(end)에서 분리되어 밖으로 뻗어 있는 두 공급 리드에 전기적으로 도전되는 방식으로 접속된다. 밀봉은 일반적으로 핀치에 의해 형성된다. 그러나, 예를 들어 불꽃 장착(flare mount)과 같은 다른 밀봉 기술도 가능하다. 특히, 저전압(LV) 및 중전압(MV)에서의 사용을 위해서는 일단만이 밀봉된 실시예가 적절하다. 이 경우, 비교적 짧은 발광 소자를 기초로 매우 작은 전등 크기를 구현할 수 있다.

전등 효율을 최적화하기 위해 전구 벽의 가능한 많은 부분이 유효 반사면으로 사용되는 것이 유리하다. 이는 특히, 전구가 전기 관통 부분에서 일단, 또는 적절하다면 양단에 전등 목(neck)을 가짐으로써 구현될 수 있다. 전등 목은 급전부를 가능한 좁게 둘러싸 밀봉한다. 이에 대한 상세한 설명은 DE-A 44 20 607에 개시되어 있다.

전구는 통상 예를 들어 N₂, Xe, Ar 및/또는 Kr과 같은 불활성 기체로 채워진다. 특히, 전구가 검게되는 것을 막기 위해 텅스텐-할로겐 사이클을 유지하는 할로겐 첨가물이 포함된다. 전구는 예를 들어 실리케이트 유리(silicate glass)와 같은 투명한 재료로 만들어진다.

전등은 외측 전구와 함께 사용될 수도 있다. 주위로 방사되는 적외선 전력의 큰 감소가 필요하다면, 상기 외측 전구 또한 적외선 층을 가질 수도 있다.

적외선 층은 예를 들어 보통 서로 다른 굴절률을 가진 일련의 교번 유전체층으로 알려진 간섭 필터로서 설계될 수도 있다. 적절한 적외선 층의 설계 원리는 예를 들어 EP-A 0 470 496에 개시되어 있다.

본 발명에 따른 전등(9)의 예시적 실시예가 도 3에 개략적으로 도시되어 있다. 이는 120V의 공칭 전압을 가진 할로겐 백열 전등이다. 이는 타원형과 유사한 형태이며 일단이 핀치 되어(pinched) 있는 전구(10)를 포함한다. 전구(10)의 타원체 부분 윤곽의 모선은 그 단반경이 8.2mm 길이이며, 전등(9)의 세로축에 직각으로 배치된 타원체의 타원체 부분 윤곽이다. 타원체 부분 윤곽의 모선은 장반경이 9.3mm 길이이다. 전구(10)는 약 1mm의 두께의 벽을 가진 실리케이트 유리로 만들어져 있으며, 약 15mm의 최대 외측 직경을 가진다. 그 일단에서, 전구(10)는 목(11)으로 녹아들면서 밀봉부(12)로 이어진다. 다른 일단에서, 전구(10)는 펌핑 팁(13)을 가진다. 그 외측면에는 20층 이상의 TiO₂와 SiO₂를 가진 간섭 필터로 구성된 적외선 층(14)이 인가된다. 발광 소자(15)는 전구 내에 중심축 상에 배치된다. 이는 9.7mm의 길이, 1.25mm의 외측 직경을 가진다. 발광 소자(15)는 텅스텐 와이어로 만들어지며, 밀봉부(12)를 통해 뻗어있는 두 급전 리드들(16, 17)에 의해 지지된다.

Claims (6)

1. 할로겐 백열 전등을 포함하는 백열 전등(9)으로서, 세로 축(RA)과 타원체 부분 윤곽(3)을 가지는 회전 대칭형 전구(2; 10)를 가지며, 상기 전등의 벽면에는 적외선 방사를 반사하는 층(14)이 제공되며, 상기 전구(2; 10)의 내부에 축 상으로 배치되어 두 개의 급전 리드들(16, 17)에 의해 고정되는 회전 대칭형 발광 소자(4; 15)를 가지며, 상기 두 개의 급전 리드들은 상기 전구의 일측 또는 양측에서 하나 또는 두 개의 밀봉부(12)에 의해 기밀 방식으로 외부로 유도되며, 상기 전구(2; 10)의 상기 타원체 부분 윤곽(3)은 단반경(b)이 세로축에 수직이며 즉, 상기 전구(2; 10)의 회전축(RA)에 수직이며, 단반경(b)이 상기 전구(2; 10)의 최대 반경(R)보다 더 긴 즉, b > R 인 타원의 타원체 부분 윤곽(3)에 의해 생성되는 백열 전등.
2. 제 1 항에 있어서,

   상기 단반경(b)의 길이는 R < b < R + 5 W_r의 범위이며, 상기 R과 W_r은 각각 상기 전구의 최대 반경과 상기 회전 대칭형 발광 소자의 최대 반경을 나타내는 것을 특징으로 하는 백열 전등.
3. 제 2 항에 있어서,

   상기 단반경(b)의 길이는 R + W_r≤ b < R + 3 W_r의 범위인 것을 특징으로 하는 백열 전등.
4. 제 1 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 층(14)은 상기 전등(9)의 외측 표면에 제공되며 상기 밀봉부(12)의 적어도 일부와 상기 전구(10)를 커버하는 것을 특징으로 하는 백열 전등.
5. 제 1 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 타원의 타원체 부분 윤곽(3)의 장반경(a)의 길이는 W_l/2 < a < 3 W_l의 범위이며, 상기 변수 W_l은 상기 발광 소자(4; 15)의 길이를 나타내는 것을 특징으로 하는 백열 전등.
6. 제 1 내지 제 3 항 중 어느 한 항에 있어서,

   상기 전구(10)는 적어도 하나의 단부에서 적어도 하나의 급전 리드(16, 17)를 가능한 좁게 둘러싸는 전등 목(11)을 가지며, 상기 전구로부터 멀리 있는 상기 단부에서 상기 밀봉부(12)에 의해 기밀 방식으로 밀봉되는 것을 특징으로 하는 백열 전등.